以羥基自由基為主要氧化劑與有機物發生反應，反應中生成的有機自由基可以繼續參加·HO的鏈式反應，或者通過生成有機過氧化自由基后，進一步發生氧化分解反應直至降解為最終產物CO2和H2O, 從而達到氧化分解有機物的目的

高級氧化法具有以下特點：產生大量非常活潑的羥基自由基·HO其氧化能力（2.80v）僅次于氟（2.87），它作為反應的中間產物，可誘發后面的鏈反應，羥基自由基與不同有機物質的反應速率常數相差很小，當水中存在多種污染物時，不會出現一種物質得到降解而另一種物質基本不變的情況；·HO無法選擇地直接與廢水中的污染物反應將其降解為二氧化碳、水和無害物，不會產生二次污染；普通化學氧化法由于氧化能力差，反應有選擇性等原因，往往不能直接達到完全去除有機物降低TOC和COD的目的，而高級氧化法則基本不存在這個問題，氧化過程中的中間產物均可以繼續同羥基自由基反應，直至最后完全被氧化成二氧化碳和水，從而達到了徹底去除TOC、COD的目的；由于它是一種物理化學過程，很容易加以控制，以滿足處理需要，甚至可以降低10-9級的污染物；同普通的化學氧化法相比，高級氧化法的反應速度很快，一般反應速率常數大于109mol-1Ls-1, 能在很短時間內達到處理要求；既可作為單獨處理，又可與其他處理過程相匹配，如作為生化處理的預處理，可降低處理成本。